임피던스 매칭의 원리

임피던스 매칭의 기본 원리

1. 순수 저항 회로

중등학교 물리학에서 전기는 다음과 같은 문제를 말해 줍니다. 전위 E에 연결된 R 전기 제품의 저항, r 배터리 팩의 내부 저항, 어떤 조건에서 전원 공급 장치의 전력 출력이 가장 큰가요?외부 저항이 내부 저항과 같을 때 외부 회로에 대한 전원 공급 장치의 전력 출력이 가장 크며 이는 순수 저항 회로 전력 매칭입니다.AC 회로로 교체하는 경우 R = r 회로의 조건도 충족해야 일치합니다.

2. 리액턴스 회로

임피던스 회로는 순수 저항 회로보다 더 복잡하며 회로의 저항 외에도 커패시터와 인덕터가 있습니다.구성 요소 및 저주파 또는 고주파 AC 회로에서 작동합니다.AC 회로에서 교류 방해의 저항, 커패시턴스 및 인덕턴스를 임피던스라고 하며 문자 Z로 표시됩니다. 이 중 교류에 대한 커패시턴스 및 인덕턴스의 방해 효과를 각각 용량성 리액턴스 및 유도성 리액턴스라고 합니다.용량성 리액턴스와 유도성 리액턴스의 값은 커패시턴스 및 인덕턴스 자체의 크기 외에도 작동되는 교류의 주파수와 관련이 있습니다.리액턴스 회로에서 저항 R, 유도 리액턴스 및 용량성 리액턴스의 이중 값은 간단한 산술로 더할 수 없지만 일반적으로 사용되는 임피던스 삼각 측량 방법을 사용하여 계산할 수 있습니다.따라서 순전히 저항성 회로보다 매칭을 달성하기 위한 임피던스 회로는 더 복잡하며, 저항성 부품의 입력 및 출력 회로 요구 사항은 동일하지만 동일한 크기와 반대 부호의 리액턴스 부품도 필요합니다(공역 매칭) );또는 저항 성분과 리액턴스 성분이 동일합니다(비반사 매칭).여기서는 리액턴스 X, 즉 유도성 XL과 용량성 리액턴스 XC 차이를 나타냅니다(병렬 회로가 계산하기 더 복잡한 경우 직렬 회로에만 해당).위의 조건을 충족시키는 것을 임피던스 매칭이라고 하는데, 최대의 전력을 얻을 수 있는 부하이다.

임피던스 매칭의 핵심은 앞단의 출력 임피던스가 뒷단의 입력 임피던스와 같다는 것입니다.입력 임피던스와 출력 임피던스는 모든 수준의 전자 회로, 모든 종류의 측정 장비 및 모든 종류의 전자 부품에 널리 사용됩니다.그렇다면 입력 임피던스와 출력 임피던스는 무엇입니까?입력 임피던스는 신호 소스에 대한 회로의 임피던스입니다.그림 3 증폭기에 표시된 것처럼 입력 임피던스는 신호 소스 E와 내부 저항 r을 제거하여 AB 끝에서 등가 임피던스로 전환됩니다.그 값은 Z = UI / I1, 즉 입력 전압과 입력 전류의 비율입니다.신호 소스의 경우 증폭기가 부하가 됩니다.수치적으로 증폭기의 등가 부하 값은 입력 임피던스 값입니다.입력 임피던스의 크기는 회로마다 동일하지 않습니다.

예를 들어, 멀티미터 전압 블록의 입력 임피던스(전압 감도라고 함)가 높을수록 테스트 중인 회로의 션트가 작아지고 측정 오류도 작아집니다.전류 블록의 입력 임피던스가 낮을수록 테스트 중인 회로에 대한 전압 분배가 작아지고 측정 오류도 작아집니다.전력 증폭기의 경우 신호 소스의 출력 임피던스가 증폭기 회로의 입력 임피던스와 같을 때 이를 임피던스 매칭이라고 하며 증폭기 회로는 출력에서 ​​최대 전력을 얻을 수 있습니다.출력 임피던스는 부하에 대한 회로의 임피던스입니다.그림 4와 같이 회로의 입력측 전원을 단락시키고, 부하의 출력측을 제거하고, CD 출력측의 등가 임피던스를 출력임피던스라 한다.부하 임피던스가 출력 임피던스와 같지 않으면(임피던스 불일치라고 함) 부하가 최대 전력 출력을 얻을 수 없습니다.출력 전압 U2와 출력 전류 I2의 비율을 출력 임피던스라고 합니다.출력 임피던스의 크기는 회로에 따라 요구 사항이 다릅니다.

예를 들어, 전압 소스에는 낮은 출력 임피던스가 필요한 반면, 전류 소스에는 높은 출력 임피던스가 필요합니다.증폭기 회로의 경우 출력 임피던스 값은 부하를 전달하는 능력을 나타냅니다.일반적으로 출력 임피던스가 작으면 부하 전달 용량이 높아집니다.출력 임피던스를 부하와 일치시킬 수 없는 경우 변압기나 네트워크 회로를 추가하여 일치를 달성할 수 있습니다.예를 들어, 트랜지스터 증폭기는 일반적으로 증폭기와 스피커 사이의 출력 변압기에 연결되며 증폭기의 출력 임피던스는 변압기의 1차 임피던스와 일치하고 변압기의 2차 임피던스는 다음의 임피던스와 일치됩니다. 스피커.변압기의 2차 임피던스는 스피커의 임피던스와 일치됩니다.변압기는 1차 권선과 2차 권선의 권선비를 통해 임피던스 비율을 변환합니다.실제 전자 회로에서는 신호 소스와 증폭기 회로 또는 증폭기 회로와 부하 임피던스가 상황과 동일하지 않아 직접 연결할 수 없는 경우가 많습니다.해결책은 이들 사이에 일치하는 회로나 네트워크를 추가하는 것입니다.마지막으로 임피던스 매칭은 전자 회로에만 적용할 수 있다는 점에 유의해야 합니다.전자 회로에서 전송되는 신호의 전력은 본질적으로 약하기 때문에 출력 전력을 높이려면 매칭이 필요합니다.전기 회로에서는 매칭이 일반적으로 고려되지 않습니다. 이는 과도한 출력 전류와 기기 손상을 초래할 수 있기 때문입니다.

임피던스 매칭의 응용

클록 신호, 버스 신호, 최대 수백 메가바이트의 DDR 신호 등과 같은 일반적인 고주파 신호의 경우 일반 장치 트랜시버의 유도성 및 용량성 임피던스는 상대적으로 작습니다. 임피던스)는 무시할 수 있으며, 이 시점에서 임피던스 매칭은 캔의 실제 부분만 고려하면 됩니다.

무선 주파수 분야에서는 안테나, 증폭기 등 많은 장치의 입력 및 출력 임피던스가 실수(순수 저항이 아님)가 아니며 허수부(용량성 또는 유도성)가 너무 커서 무시할 수 없습니다. 이면 켤레 매칭 방법을 사용해야 합니다.